Đồ án Thiết kế phân xưởng sản xuất Margarine

hoùa(monoglyceride 0,1-0,2% khoái löôïng dung dòch). Dung moâi coù theå söû duïng laø söõa gaày, söõa bô, nöôùc whey, nöôùc hoaëc hoãn hôïp cuûa chuùng. Khuaáy ñeàu hoãn hôïp thu ñöôïc roài ñem ñi thanh truøng. Nhieät ñoä thanh truøng laø 85-90oC trong 3-10 phuùt. Ngoaøi tieâu dieät vi sinh vaät, quaù trình xöû lyù nhieät naøy giuùp cho tinh boät hoøa tan vaø tröông nôû. Sau khi thanh truøng, dung dòch ñöôïc laøm laïnh xuoáng 6-10oC ñeå dung dòch tieáp tuïc tröông nôû vaø chín. Nhôø chaát nhuõ hoùa(monoglyceride), khi laøm laïnh, tinh boät khoâng hoùa gel maø vaãn ôû daïng paste. Quaù trình naøy keùo daøi khoaûng 24h. Trong phöông phaùp treân, khi duøng tinh boät phaûi söû duïng keøm theo chaát nhuõ hoùa ñeå traùnh gel hoùa. Moät phöông phaùp hieäu quaû hôn laø söû duïng tinh boät bieán tính. Tinh boät sau khi bieán tính seõ loä ra caùc nhoùm chöùc naêng nhö acetyl, hydroxy-propyl, 2-octenyl-succinyl…Khi ñoù, tinh tinh boät seõ khoâng bò gel hoùa khi ñun soâi vaø cuõng khoâng caàn thieát theâm chaát nhuõ hoùa. Baèng caùch naøy, haøm löôïng chaát beùo trong margarine coù theå giaûm xuoáng ñeán 10%, coøn haøm löôïng tinh boät bieán tính chieám 5-13% khoái löôïng pha nöôùc. Yeâu caàu ñoái vôùi tinh boät loaïi naøy laø: chæ soá DE ≤0,01, khoái löôïng phaân töû ≥16000000, möùc ñoä polymer hoùa ≥10000, ñoä nhôùt 100-800 cp. 2.2. Chuaån bò pha nöôùc Pha nöôùc goàm caùc thaønh phaàn sau: Protein concentrate chieám 12-14% khoái löôïng pha nöôùc. Duøng NaOH duøng chænh pH protein töø 4,6 leân 6,4 roài gia nhieät leân 45-50oC. Tinh boät sau khi laøm chín cuõng ñöôïc gia nhieät leân cuøng nhieät ñoä naøy. Sau cuøng, phoái troän taát caû caùc thaønh phaàn pha nöôùc laïi. Khi söû duïng tinh boät bieán tính thì chæ caàn hoøa tan trong pha nöôùc ñaõ ñöôïc gia nhieät 50-70oC maø khoâng caàn böôùc chuaån bò dung dòch tinh boät treân. Quaù trình chuaån bò pha beùo vaø nhuõ hoùa töông töï caùc phöông phaùp khaùc(thaønh phaàn nhö baûng beân döôùi). Baûng16: Caùc coâng thöùc phoái troän khaùc nhau cho loaïi margarine coù haøm löôïng chaát beùo thaáp ( öùng vôùi loaïi tinh boät khoâng bieán tính) Maãu 1 2 3 4 5 6 7 Haøm löôïng % % beùo 30 25 20 17,5 30 30 25 Pha nöôùc Protein concentrate 57 55 55 57 54 57 55 Tinh boät 2,5 3,75 5 5 2,5 2,5 3,75 NaCl 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 NaOH 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 Na-citrate 0,28 0,28 0,28 0,28 0,28 0,28 0,28 Na-phosphate 0,26 0,26 0,26 0,26 0,26 0,26 0,26 K-sorbate 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 Söõa gaày 7,5 11,25 15 11,25 7,5 7,5 11 Monoglyceride 0,025 0,0375 0,05 0,0275 0,025 0,025 0,03 Pha beùo Hard fat 23,25 10,18 16,58 14,9 23,25 23,25 12,74 Daàu 5,81 3,56 1,85 1 5,81 5,82 Höông 0,018 0,02 0,022 0,025 0,018 0,018 0,02 Chaát nhuõ hoùa 0,75 1 1,25 1,3 0,75 0,75 1 Maøu 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 Nöôùc 2 2 _ 2 _ 2 Ñaùnh giaù (treân thang ñieåm 5/5) Vò 5 4 4 3 4 2 5 Khaû naêng pheát 5 5 3 1 2 0 4 Ñoä beàn 5 4 2 0 0 0 4 Nhö vaäy, coâng thöùc chuaån bò nhö maãu 1 seõ cho saûn phaåm toát nhaát, cuõng coù theå chuaån bò theo maãu 2 vaø maãu 7 keát quaû cuõng khoâng keùm nhieàu Phöông phaùp saûn xuaát margarine phoå thoâng vôùi ñoä baõo hoøa raát thaáp, khoâng chöùa goác acid beùo daïng trans, coù haøm löôïng daàu loûng cao vôùi phospholipid ([12]) Margarine phoå thoâng(regular margarine) chöùa 80% pha beùo vaø 20% pha nöôùc(vôùi haøm löôïng nöôùc nhieàu nhaát laø 16%). Margarine naøy laø moät heä nhuõ töông nöôùc trong daàu, maø pha nöôùc ñöôïc nhuõ hoùa trong pha daàu baèng protein ( thöôøng söû duïng protein söõa nhö laø taùc nhaân nhuõ hoùa). Pha daàu trong haàu heát caùc loaïi margarine chöùa 17-20% chaát beùo baõo hoøa maø trong ñoù coù chöùa khoaûng 30-35% chaát beùo baõo hoøa daïng trans ( ñöôïc taïo ra suoát trong quaù trình hydro hoùa daàu). Haøm löôïng chaát beùo daïng trans coù theå bieán ñoåi trong margarine phoå thoâng tuøy thuoäc vaøo chaát löôïng cuûa chaát beùo. Trong quaù trình saûn xuaát thoâng thöôøng, pha beùo ñöôïc chuaån bò baèng caùch hoøa tan chaát beùo raén trong daàu roài phoái troän vôùi pha nöôùc ñeå taïo thaønh heä nhuõ töông nöôùc trong daàu. Heä nhuõ töông naøy ñöôïc laøm laïnh nhanh choùng trong thieát bò trao ñoåi nhieät daïng baûn moûng ñeå taïo ra caùc taâm keát tinh, roài ñöa vaøo thieát bò keát tinh tröôùc ñoùng goùi. Khi haøm löôïng chaát beùo daïng trans ôû möùc cao coù theå laøm gia taêng haøm löôïng cholesterol LDL vaø haï thaáp haøm löôïng cholertrerol HDL vaø ñieàu naøy khoâng coù lôïi cho söùc khoûe ngöôøi tieâu duøng. Quaù trình noäi chuyeån ester coù theå laøm giaûm chaát beùo daïng trans nhöng khoâng laøm giaûm ñöôïc möùc ñoä baõo hoøa. Sau khi noäi chuyeån, haøm löôïng SFC seõ thaáp xuoáng do caùc triglyceride coù ñieåm noùng chaûy trung gian ñaõ bò hoøa tan. Tuy nhieân haøm löôïng chaát beùo baõo hoøa vaãn coøn raát cao, thöôøng chöùa khoaûng 10-15% chaát beùo baõo hoøa trong margarine. Thuaät ngöõ daàu loûng ñöôïc hieåu laø hoãn hôïp triglyceride maø ôû daïng loûng taïi nhieät ñoä lôùn hôn 5oC. Thuaät ngöõ margarine coù haøm löôïng daàu loûng cao duøng ñeå chæ margarine maø pha beùo coù chöùa ít nhaát laø 90% daàu loûng. Chaát beùo raén duøng ñeå aùm chæ chaát beùo maø thaønh phaàn chöùa ít nhaát laø 98-99% chaát beùo baõo hoøa vaø trong ñoù haøm löôïng chaát beùo baõo hoøa daïng trans khoaûng 0-1%. Chaát beùo baõo hoøa toaøn boä thì thöïc chaát laø khoâng chöùa acid beùo daïng trans. Chaát beùo raén seõ ôû daïng raén khi nhieät ñoä döôùi 40oC. Phospholipid laø taùc nhaân nhuõ hoùa thích hôïp cho loaïi margarine coù haøm löôïng daàu loûng cao. Caùc loaïi phospholipid thöôøng duøng laø: phosphotidylcholine (PC), phosphotidylethanolamine (PE), lyso-phosphotidylcholine(lyso-PE). Phospholipid thöôøng ñöôïc söû duïng ôû daïng hoãn hôïp vôùi tæ leä cuûa PC:PE/lyso-PC/lyso-PE laø daõy töø 20:80-75:25, thích hoïp nhaát laø 70:30. Caùc phospholipid naøy ñöôïc chieát xuaát töø lichithin ñaäu naønh baèng caùch trích ly baèng dung moâi laø ethanol, isopropanol, acetone maø khoâng laøm hoøa tan phosphotidylserine vaø phosphotidylinositol. Pha beùo chöùa 2-4% chaát beùo raén(ñöôïc cho theâm vaøo); 0,5-1% phospholipid; 0,03-0,5% taùc nhaân höông, caùc vitamin, chaát choáng oxi hoùa, chaát maøu vaø 96-98% daàu loûng. Pha nöôùc chöùa 7,5-20% chaát nhuõ hoùa, 5-10% muoái. Caùc taùc nhaân nhuõ hoùa coù theå ñöôïc choïn töø baát kyø chaát nhuõ hoùa naøo coù theå hoøa tan trong nöôùc nhö boä whey, natri caseinate, whey protein isolate, protein isolate ñaäu naønh; thích hôïp nhaát laø boät whey. Pha nöôùc cuõng coù theå chöùa 1-2% chaát baûo quaûn. Nöôùc ñöôïc gia nhieät ñeán 40-60oC, thích hôïp laø 45-55oC roài cho theâm caùc thaønh phaàn treân vaøo. Pha nöôùc ñöôïc cho vaøo pha daàu trong tank nhuõ hoùa vôùi toác ñoä khuaáy troän 500-3000 voøng/phuùt, thích hôïp laø 2000 voøng/phuùt, ñeå taïo thaønh heä nhuõ töông ñoàng nhaát, roài laøm laïnh nhanh bôûi moâi chaát laïnh coù nhieät ñoä khoaûng -5 ÷-10oC ñeå keát tinh chaát beùo. Keát quaû laø thu ñöôïc loaïi margarine( tub-type) coù caáu truùc vaø ñoä cöùng mong muoán. Baûng 17: Coâng thöùc saûn xuaát margarine Thaønh phaàn Haøm löôïng (% toång khoái löôïng ) Nöôùc 16 Natri benzoate 0,015 Natri chloride 1,9 Daàu loûng 76 Höông bô 0,075 Boät söõa whey 2 Phospholipid(PC, lyso-PC-PE) 0,8 TAG coù ñieåm tan chaûy trung bình 0,5 Cotton stearin 2,7 β-caroten, vitamin A, chaát choáng oxi hoùa 0,01 Keát quaû: thu ñöôïc loaïi margarine( tub-type) coù caáu truùc vaø ñoä cöùng mong muoán. Phöông phaùp saûn xuaát margarine coù chöùa ñöôøng.([28]) Margarine loaïi naøy chöùa löôïng ñöôøng 5-50% khoái löôïng pha nöôùc, thích hôïp hôn laø 10-35% khoái löôïng pha nöôùc. Ñöôøng söû duïng coù theå laø ñöôøng saccharose, glucose, fructose, lactose, maltose, maät tinh boät, molasses, syryp vaø isomersugar. Hai hay nhieàu loaïi ñöôøng naøy ôû daïng anhydride ñöôïc taïo thaønh töø daïng hydrat hoùa. Neáu margarine chöùa 5% khoái löôïng ñöôøng thì trong quaù trình tempering seõ khoâng taïo ra söï khaùc bieät so vôùi margarine khoâng chöùa ñöôøng. Maëc khaùc, neáu löôïng ñöôøng nhieàu hôn 50% khoái löôïng seõ taïo ra vò ngoït quaù möùc vaø ñöôøng seõ keát tinh gaây ra vò caùt trong saûn phaåm. Hôn nöõa, vôùi noàng ñoä cao nhö vaäy, khi margarine ñöôïc hydrate, noù seõ huùt nöôùc nhieàu ñeán noãi phaù huûy caáu truùc. Chaát beùo söû duïng trong loaïi margarine naøy cuõng töông töï nhö caùc loaïi margarine khaùc nhöng coù theå duøng nhieàu nguoàn môõ töø ñoâng vaät hôn(milkfat, beef tallow, lard). Thaønh phaàn chaát beùo raén (harden fat) coù theå chöùa daàu ñaõ baõo hoøa coù hoaëc khoâng coù phoái troän vôùi daàu döøa. Haøm chaát beùo coù theå chieám töø 30-90% toång khoái löôïng. Chaát nhuõ hoùa söû duïng yeâu caàu coù tính haùo nöôùc cao thöôøng coù giaù trò HLB ≥8. Caùc chaát coù theå söû duïng laø: polyglycerine fatty acid ester, propylene glycol fatty acid ester, glycerine fatty acid ester, cane sugar fatty acid ester, sorbitan fatty acid ester, licithin nhöng thích hôïp nhaát laø polyglycerine fatty aicd ester. Haøm löôïng söû duïng laø 0,1-5% khoái löôïng chaát beùo. Pha nöôùc coù theå chieám töø 3-65% khoái löôïng nhöng toát hôn laø töø 15-25% toång khoái löôïng. Pha beùo thöôøng ñöôïc gia nhieät ñeán 55-65oC, coøn pha nöôùc thì gia nhieät tröôùc ñeán 80oC roài haï xuoáng 55-65oC tröôùc khi cho vaøo pha beùo. Caùc coâng ñoaïn sau töông töï nhö quy trình saûn xuaát caùc loaïi margarine khaùc. Trong khi hoaëc sau khi ñoùng goùi, saûn phaåm ñöôïc tempering baèng micro-wave ôû taàng soá 2450 MHz. Nhieät ñoä khi tempering ñöôïc xaùc ñònh döïa treân ñieåm tan chaûy cuûa hoãn hôïp baèng phöông phaùp ño SFC. Sau khi gia nhieät, saûn phaåm ñöôïc laøm laïnh vôùi toác ñoä 3-5oC/h. Thöôøng saûn phaåm ñöôïc laøm laïnh xuoáng ≤10oC trong khoaûng thôøi gian 24-48h. Baûng 18: Moät vaøi coâng thöùc saûn xuaát margarine coù chöùa ñöôøng Thaønh phaàn Haøm löôïng (%khoái löôïng) Coâng thöùc 1 Daàu caù ñöôïc baõo hoøa 37 Daàu coï 25 Daàu ñaäu naønh 10 Monoglyceride ñöôïc chöng caát 0,2 Licithin 0,1 Nöôùc 16,68 Ñöôøng saccharose 10 Boät söõa gaày 1 β-carotene 0,01 Höông lieäu 0,01 Coâng thöùc 2 Daàu caù ñöôïc baõo hoøa 32 Daàu coï 20 Daàu ñaäu naønh 10 Monoglyceride ñöôïc chöng caát 0,2 Licithin 0,1 Nöôùc 16,68 Ñöôøng saccharose 10 Ñöôøng maltose 10 Boät söõa gaày 1 β-carotene 0,01 Höông lieäu 0,01 Coâng thöùc 3 Daàu caù ñöôïc baõo hoøa 27 Daàu coï 15 Daàu ñaäu naønh 8 Monoglyceride ñöôïc chöng caát 0,2 Licithin 0,1 Nöôùc 18,68 Ñöôøng saccharose 5 Lactose 5 Maät tinh boät 20 Boät söõa gaày 1 β-carotene 0,01 Höông lieäu 0,01 Keát quaû : saûn phaåm thu ñöôïc coù ñoä beàn, ñoä ñoàng nhaát toát vaø ñaëc bieät laø coù ñoä xoáp oån ñònh. CAÙC LOAÏI SAÛN PHAÅM. Margarine cöùng Sau khi laøm laïnh, doøng saûn phaåm ñöôïc ñöa ñeán thöïc hieän quaù trình keát tinh song song vaø ñöôïc giöõ yeân trong 2 phuùt cho tôùi khi tinh theå ñang phaùt trieån ñöôïc tieáp tuïc daãn tôùi ñieåm maø saûn phaåm ñaõ hình thaønh vöõng chaéc choáng laïi caùc löïc gaây ra cho eùp ñaåy, taïo hình vaø bao saûn phaåm trong maùy ñoùng goùi töï ñoäng toác ñoä cao. Nhuõ töông coù theå giöõ oån ñònh khi ñoå vaøo khuoân. Thieát bò söû duïng laø twin crystallizer ( laø nhöõng truï xylanh roãng ñöôïc môõ roäng). Margarine xoáp. Saûn phaåm naøy ñöôïc saûn xuaát cuøng vôùi söï suïc khí nitrogen vaøo margarine. Khí naøy ñöôïc daãn vaøo trong thieát laøm laïnh-keát tinh hay cuûa bôm nhaäp lieäu. Loaïi magarine naøy ñoøi hoûi phaûi coù söï ruùt khí trong khi nhoài troän trong thieát bò B-unit ñeå giôùi haïn phaïm vi phaùt trieån cuûa maïng tinh theå. Cheá ñoä quay cuûa pin-worker ñöôïc ñieàu khieån cho pheùp tinh theå phaùt trieån vaø ngaên chaën hình thaønh maïng quaù cöùng chaéc. Khoái meàm, baùn loûng ñöôïc ñoùng goùi ngay trong thieát bò ñoùng goùi(coù thieát keá ñaëc bieät sao cho saûn phaåm khoâng coù hoaëc coù raát ít khí nitrogen). Khí nitrogen laøm cho theå tích margarine taêng 50% ( daõy töø 30-150%) neân margarine meàm, xoáp hôn. Saûn phaåm naøy khaùc margarine meàm laø noù coù maïng tinh theå chaéc hôn, coù theå taïo hình, nhöng noù meàm hôn margarine cöùng vì beân trong coù khí(xoáp hôn margarine cöùng). Margarine loûng Nhöõng loaïi margarine naøy tìm ñöôïc söï chaáp nhaän ôû caûø ngöôøi tieâu duøng laãn nhaø saûn xuaát bôûi vì vôùi löôïng nhoû thì coù theå tìm thaáy nhöõng chai ñoùng kín tröïc tieáp töø tuûû laïnh, coøn soá löôïng lôùn thì coù theå bôm vaø ñong ño deã daøng. Liquid margarine giöõ ñöôïc ñoä trong ôû nhieät ñoä tuû laïnh, trong khi fluid margarine thì ñuïc bôûi caùc tinh theå beùo lô löûng trong ñoù. Nhöõng loaïi margarine naøy raát deã daøng cho vieäc chieân naáu, hoaëc chuùng coù theå ñöôïc duøng ñeå treùt leân thöïc phaåm naáu chín vaø thöïc phaåm öôùp laïnh. Liquid margarine ñöôïc saûn xuaát baèng hai phöông phaùp. Phöông phaùp 1, moät hoãn hôïp cuûa daàu ôû traïng thaùi loûng( chöa hoaëc ñöôïc hydro hoaù nheï) vôùi moät löôïng nhoû chaát beùo raén ñöôïc laøm laïnh vaø keát tinh trong heät thoáng Votator ôû cheá ñoä saûn xuaát caùc tinh theå/. Khoái laïnh ñöôïc giöõ trong vaøi giôø tröôùc khi cho noù keát hôïp vôùi pha söõa vaø laøm laïnh trôû laïi. Saûn phaåm laø moät nhuõ töông oån ñònh taïi moïi nhieät ñoä laøm vieäc Phöông phaùp 2, pha daàu vaø pha söõa ñöôïc ñaùnh, troän tröïc tieáp vôùi nhau, sau ñoù laøm laïnh vaø bao goùi. Saûn phaåm coù muøi vò ñaëc tröng hôn so vôùi saûn phaåm laøm töø phöông phaùp 1, nhöng phaûi luoân baûo quaûn laïnh. Fluid margarine ñöôïc saûn xuaát baèng caùch theâm vaøo 0.7-5% chaát beùo raén, toát nhaát laø daïng / nhö daàu caûi hoaëc hoãn hôïp daàu caûi- daàu boâng vaøo daàu xalaùch, cuõng coù theå laøm baèêng caùch cho cho daàu thöïc vaät vaøo margarine thoâng thöôøng ñeå taïo thaønh hoãn hôïp coù tyû leä 50:50. PHAÀN IV: TÍNH THIEÁT KEÁ. TÍNH CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT. TÍNH CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT. Coâng thöùc phoái troän nguyeân lieäu ( cho 100g nguyeân lieäu) Baûng 19: Coâng thöùc phoái troän nguyeân lieäu ( cho 100g nguyeân lieäu) Thaønh phaàn % toång khoái löôïng heä nhuõ töông Pha daàu 78,26 Daàu naønh 44 Daàu coï 15 Daàu döøa 15 Palm stearin 2 Cotton stearin 2 Sorbitan tristearate 0,01 Licithin 0,04 Phospholipid 0,1 β-caroten 0,01 Höông bô 0,05 Tocopherol 0,05 Pha nöôùc 21,74 Nöôùc 16,835 Monoglyceride 0,1 Boät söõa gaày 2 Boät söõa whey 1,5 Natri clorua 1,2 Natri benzoat 0,1 Butylate hydroxytoluen(BHT) 0,005 Caùc toån thaát ôû moãi quaù trình Baûng 20: Caùc toån thaát ôû moãi quaù trình. Toån thaát taïi thieát bò Giaù trò Tank phoái troän pha daàu(%KL pha daàu) 0,3 Tank phoái troäân pha nöôùc(%KL pha nöôùc) 0,3 Tank nhuõ hoùa(%KL heä nhuõ töông) 0,3 Thieát bò thanh truøng thanh truøng(% khoái löôïng heä nhuõ töông) 1 Thuøng chöùa trung gian (%KL heä nhuõ töông sau thanh truøng) 0,3 Thieát bò laøm laïnh- keát tinh ( % khoái löôïng sau thanh truøng) 0,5 Thieát bò nhoài nhuyeãn( % khoái löôïng sau laøm laïnh) 0,5 Thieát bò ñoùng goùi( % khoái löôïng sau nhoài nhuyeãn) 0,5 CHOÏN THIEÁT BÒ Lòch laøm vieäc Naêng suaát phaân xöôûng laø 1 taán thaønh phaåm/ngaøy Saûn xuaát 3 ngaøy/tuaàn. Moãi ngaøy saûn xuaát 2 meû, moãi meû laø 500 kg nguyeân lieäu. Baûng 21: Khoái löôïng töøng loaïi nguyeân lieäu caàn thieát moät meû saûn xuaát (500 kg nguyeân lieäu/meû) Thaønh phaàn % toång khoái löôïng heä nhuõ töông Khoái löôïng(kg) Pha daàu Daàu coï 44 220 Daàu ñaäu naønh 15 75 Daàu canola 15 75 Palm stearin 2 10 Cotton stearin 2 10 Sorbitan tristearate 0,01 0,05 Licithin 0,04 0,5 Phospholipid 0,1 0,2 β-caroten 0,01 0,05 Höông bô 0,05 0,25 Tocopherol 0,05 0,25 Khoái löôïng pha daàu m1(kg) 391,3 Pha nöôùc Nöôùc 16,835 84,175 Monoglyceride 0,1 0,5 Boät söõa gaày 2 10 Boät söõa whey 1,5 7,5 Natri clorua 1,2 6 Natri benzoat 0,1 0,5 Butylate hydroxytoluen(BHT) 0,005 0,025 Khoái löôïng pha nöôùc m2(kg) 108,7 Baûng 22: Baûng tính löôïng nguyeân lieäu coøn laïi sau khi ñi qua moãi thieát bò. Thieát bò Khoái löôïng tröôùc quaù vaøo thieát bò (kg) Khoái löôïng coøn laïi sau khi ra khoûi thieát bò(kg) Thể tích còn lại sau khi ra khỏi thiết bị (m3) Tank phoái troän pha daàu 391,3 390 0,424 Tank phoái troäân pha nöôùc 108,7 108,4 0,1086 Tank nhuõ hoùa 390+108,4=498,4 497 0,53 Thieát bò thanh truøng 497 492 0,525 Boàn chöùa trung gian 492 490 0,523 Quaù trình laøm laïnh, keát tinh 490 488 0,521 Quaù trình nhoài nhuyeãn 488 486 0,519 Quaù trình ñoùng goùi 486 483 0,515 Tính vaø choïn thieát bò Choïn kích thöôùc tank chöùa pha daàu, pha nöôùc tank nhuõ hoùa Trong pha daàu, daàu chieám khoái löôïng lôùn nhaát. Vì vaäy, coù theå xem khoái löôïng rieâng trong pha daàu gaàn baèng khoái löôïng rieâng cuûa daàu. Trong pha nöôùc, coù theå xem khoái löôïng rieâng cuûa dung dòch laø xaáp xæ vôùi khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc. Pha Khối lượng riêng (kg/m3) Theå tích dung dòch(m3) Pha daàu 920 Vpha dầu = 391,3/920 = 0,4253 (m3) Pha nöôùc 998 Vpha nước = 0,1089 (m3) Choïn heä soá chöùa ñaày cho moãi tank laø j= 0,85. Theå tích tank chöùa pha daàu laø Theå tích tank chöùa pha nöôùc Sau khi bơm pha nước và pha dầu vào tank nhũ hóa thì thể tích của hệ nhũ tương là: Vnhũ tương = Vpha nước + Vpha dầu = ( m3) Thể tích thiết bị nhũ hóa là Mỗi tank có đặc điểm sau: Thiết bị dạng vỏ áo, có lớp bọc cách nhiệt Tác nhân dùng trao nhiệt là nước nóng. Thaân truï Ñaùy elip tieâu chuaån Naép phaúng Kích thướt tank chứa pha dầu như sau: Chọn đường kính tank chứa pha dầu là D = 650 (mm) Vôùi D = 650 mm, ta coù kích thöôùc ñaùy elip nhö sau Chieàu cao gôø hg = 50 (mm) Chieàu cao ht = 162 (mm) Theå tích ñaùy Vñ = 0,0524 (m3) Dieän tích ñaùy Fñ = 0,56 ( m2) Thể tích phần thân trụ Vthân= Vtank dầu -Vđ = 0,5 – 0,0524 = 0,4476 (m3) Chiều cao phần thân trụ Hthân = (m) Kiểm tra Baûng 23: Caùc kích thöôùt cô baûn cuûa caùc tank Tank Thể tích (m3) Đường kính D (mm) Chiều cao H (mm) Tỉ lệ H/D Số lượng Tank chứa pha dầu 0,5 650 1,56 2,4 1 Tank chứa pha nước 0,5* 650 1,56 2,4 1 Tank nhũ hóa 0,628 650 1,94 3 1 *: để thuận lợi chọn tank chứa pha nước có thể tích bằng tank chứa pha dầu Chọn thiết bị thanh trùng. Sử dụng thiết bị thanh trùng dạng bản mỏng- Plate Heat Exchanger. Chọn vận tốc dòng nhũ tương đi vào thiết bị thanh trùng là v=0,3m/s Chọn ống dẫn nguyên liệu có kích thước như sau: dn = 60(mm) dt  = 57,6 (mm) d = 1,2 (mm) Lưu lượng dòng đi trong ống là Thời gian cần thiết để thanh trùng toàn bộ hệ nhũ tương là Tthanh trùng = Tính kích thước thiết bị bản mỏng Thời gian lưu của hệ nhũ tương trong thiết bị thanh trùng là 15s = thời gian cần thiết để một cấu tử lưu chất đi từ đầu vào đến đầu ra thiết bị thanh trùng. Thể tích hệ nhũ tương chứa trong thiết bị thanh trùng là V= Q.tlưu = 8,5.10-4.15 = 0,01275 (m3). Khi chảy vào thiết bị thanh trùng, dòng lưu chất chảy thành màng mỏng có bề dày là 2,3 mm. Tra bảng , chọn diện tích bề mặt mỗi bản mỏng là f= 0,136 (m2) Thể tích của mỗi dòng lưu chất đi trong thiết bị là: Vmàng =0,136.0,0023= 3,128.10-4(m3) Số đường đi của dòng nguyên liệu là Chọn n1 =24. Số đường đi của dòng nước nóng là n2 = n1 + 2 = 42 (đường) Vậy tổng số đường đi của 2 dòng lưu chất là n = n1 + n2 = 82 đường Vậy tổng số bản mỏng cần dùng là SN= n + 1 = 83 (bản mỏng) < 150 Vậy chọn thiết bị trao đổi nhiệt dạng đĩa có model như sau: Baûng 24 : Caùc thoâng soá cuûa thieát bò thanh truøng daïng ñóa ñöôïc choïn. Model Kích thöôùt (mm) Soá löôïng ñóa toái ña Dieän tích beà maët /ñóa (m2) Naêng suaát cao nhaát (m3/h) Khoái löôïng tónh (kg) A B C D E SB7 269 529 200 460 7+(2,3xN) 150 0,136 40 5,5+(0,6xN) Tính chọn thiết bị làm lạnh-kết tinh Sau khi được thanh trùng xong, hệ nhũ tương sẽ được chảy vào thùng chứa trung gian trước khi chảy vào thiết bị làm lạnh. Thùng chứa trung gian giống như tank nhũ hóa. Khi hệ nhũ tương được làm lạnh, có sự kết tinh pha béo làm tăng thể tích sản phẩm. Chọn vận tốc dòng nhập liệu vào thiết bị làm lạnh là v= 0,15 m/s Chọn ống dẫn nguyên liệu có kích thước như sau: dn = 32 (mm) dt  = 29,6 (mm) d = 1,2 (mm) Lưu lượng dòng đi trong ống là Lưu lượng khối lượng dòng nhập liệu vào thiết bị làm lạnh là: QKL = [(%KL pha dầu. rdầu ) + (%KL pha nước.rnước)].Q QKL = [78,26%.920) + (21,74%.998).1,03.10-4 = 937.1,03.10-4 = 0,097 (kg/s) = 349,2 (kg/h) Kiểm tra hệ số an toàn® chấp nhận Thời gian cần thiết để làm lạnh-kết tinh toàn bộ hệ nhũ tương là: Baûng 25: Caùc thoâng soá cuûa thieát bò Perfector ñöôïc choïn Perfector 125 1 x125 Naêng suaát danh nghóa (kg/h) Puff pasty margarine 375 Soá voøng laøm laïnh 1 Soá löôïng oáng laøm laïnh/voøng laøm laïnh 1 Coâng suaát motor(kW) Puff pasty margarine 22 Table margarine 15 Soá löôïng hoäp soá 1 Dieän tích beà maët laøm laïnh/oáng(m2) 0,42 Chu vi (mm) 6 Naêng suaát laïnh NH3 ôû -200C(kW) 35 Aùp suaát laøm vieäc lôùn nhaát cuûa moâi chaát laïnh(bar) 17,5 Aùp suaát laøm vieäc lôùn nhaát cuûa saûn phaåm(bar) 120 Nhieät ñoä laøm vieäc thaáp nhaát (oC) -25 Tyû leä D/L oáng chilling 125/1135 Theå tích saûn phaåm /oáng (litre) 3,5 Ñöôøng kính oáng nhaäp/thaùo lieäu(mm) 32x1,2 Heä thoáng dao caïo Bulldog Soá daõy dao 2 Toác ñoä quay dao(rpm) 490 Coâng suaát thieát bò gia nhieät nöôùc(kW) 7,5 Coâng suaát bôm nöôùc (kW) 0,375 Khoái löôïng ñoäng(kg) 1400 Chọn thiết bị nhồi nhuyễn. Thời gian lưu của sản phẩm trong pin-worker là t = 12 phút. Lưu lượng dòng nhập liệu vào pin-worker là Q =1,03.10-4(m3/s) Thể tích sản phẩm chứa trong pin-worker trong thời gian 12 phút là V = Q.t = 1,03.10-4.720 = 0,074 (m3) Chọn hệ số an toàn của thiết bị là thể tích cần thiết Thể tích thiết bị cần thiết là V’ = (1+e ). V = 1,05.0,074 = 0,078 (m3) = 78 (l). Baûng 26 : Caùc thoâng cuûa thieát bò pin-rotor-machine ñöôïc choïn Pin rotor machine 80 litres Aùp suaát thieát keá (bar) 120 Theå tích oáng truï (litres) 80 Coâng suaát thieát bò gia nhieät nöôùc(1-2 cylinders)(kW) 7,5 Coâng suaát thieát bò gia nhieät nöôùc(3 cylinders)(kW) 15 Bôm nöôùc(kW) 0,25 Gear motor(kW) 11 Frequency interver(kW) 11 Rpm 50-300 Caûm bieán nhieät Pt-100 1 Khoái löôïng ñoäng(kg) 1055 Chọn thiết bị đóng gói. Lưu lượng dòng nhập liệu vào thiết bị đóng gói là: Q = 1,03.10-4(m3/s) = 0,3708(m3/h). Thể tích khối nhũ tương cần đóng gói là V = 0,515 (m3) Thời gian cần thiết để đóng gói toàn bộ sản phẩm là = 1,4(h) Giả sử kích thước mỗi đơn vị sản phẩm là 50 x 50 x 100(mm). Thể tích mỗi đơn vị sản phẩm là Vo = 2,5.10-4(m3/sản phẩm). Số đơn vị sản phẩm sản xuất ra trong 1 mẻ là (đơn vị sản phẩm/mẻ). Số đơn vị sản phẩm sản xuất trong 1 ngày là: N’ = 2.N = 4120 (đơn vị sản phẩm/ngày). Chọn thiết bị đóng gói hiệu BENHIL, số seri là 51164. TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG. Tính nhiệt lượng cần cung cấp để gia nhiệt tank chứa pha dầu và pha nước. Dầu nguyên liệu có các đặc tính sau: Bảo quản ở nhiệt độ tdầu = 28oC. Khối lượng riêng trung bình của pha dầu rpha dầu = 920 (kg/m3) Nhiệt dung riêng trung bình của pha dầu Cdầu nành = 1924 (j/kg.oC) khi t = 25 ÷ 60oC Cdầu hướng dương = 2005 (j/kg.oC) khi t = 25 ÷ 60oC Cdầu cọ = 1991 (j/kg.oC) khi t = 25 ÷ 60oC Cpha dầu = (%KL dầu nành.Cdầu nành + %KL dầu cọ.Cdầu cọ + %KL dầu hướng dương. Cdầu hướng dương ) Cpha dầu = 0,6.1991 + 0,2.1924 + 0,2.2005= 1980 (J/kg.oC) (Có thể xem gần đúng thành phần pha dầu chỉ chứa 3 loại dầu trên) Pha nước có các đặc tính sau: Khối lượng riêng trung bình của pha nước Nước chiếm 82% pha nước Bột sữa(gầy + whey) chiếm 18% khối lượng pha nước) rpha nước = 0,82.996 + 0,18.615 = 928 (kg/m3) Nhiệt dung riêng trung bình của pha nước Cpha nước = (%KL nước. Cnước + %KL sữa. Csữa ) Cpha nước = 0,82.4180 + 0,18. 1821,5 = 3755 (J/kg.oC) Nước dùng từ hệ thống xử lý nước của nhà máy có nhiệt độ trung bình tnước = 30oC. Nhiệt lượng cần cung cấp để nâng nhiệt độ pha dầu từ 28oC lên 55oC: Q cấp pha dầu = Cpha dầu.mpha dầu.(tcuối – tđầu) = 1980.391,3.(55-28) = 20919 (KJ) Nhiệt lượng cần cung cấp để nâng nhiệt độ pha nước từ 25oC lên 50oC: Qcấp pha nước = Cpha nước.mpha nước.(tcuối – tđầu) = 3755.108,7.(50-25) = 8979 (KJ). Tính nhiệt lượng cần cung cấp cho thiết bị nhũ hóa. Nhiệt dung riêng hệ nhũ tương Cnhũ tương = (%KL pha dầu. Cpha dầu) + ( %KL pha nước. Cpha nước) = 1980.0,7826 + 3755.0,2174 = 2367 (J/kg.oC) Giả sử tốc độ tản nhiệt ra môi trường xung quanh là 0,01oC/s. Trong 10 phút nhũ hóa, nhiệt độ hệ nhũ tương sẽ giảm Dt = 0,01.600= 6oC. Nhiệt lượng cần cung cấp để nhiệt độ trong thiết bị nhũ hóa ổn định ở 45oC trong 10 phút là: Qcấp nhũ tương = Cnhũ tương.mnhũ tương .Dt = = 2367.500.6 = 7101 (KJ) Tính nhiệt lượng cần cung cấp cho thiết bị thanh trùng. Nhiệt lượng cần cung cấp để nâng nhiệt độ hệ nhũ tương từ 45 lên 72oC là: Qcấp thanh trùng = Cnhũ tương.mnhũ tương .(tcuối – tđầu) = 2367.500.(72-45) = 31955 (KJ). Tổng lượng nhiệt hữu ích cần cung cấp cho cả quá trình chuẩn pha nước, pha dầu, hệ nhũ tương và quá trình thanh trùng trong 1 mẻ sản xuất là: Q = Qcấp pha dầu + Qcấp pha nước + Qcấp nhũ tương + Qcấp thanh trùng = 20919 + 8979 + 7101 + 31955 = 68954 (KJ/mẻ). Giả sử tổn thất nhiệt tại mỗi quá trình là x = 20% nhiệt hữu ích. Vậy nhiệt lượng thật sự cần cung cấp cho một mẻ sản xuất là Q’ = (1+x).Q = 1,2.68954 = 82745 (KJ/mẻ) Tổng lượng nhiệt cần cung cấp cho 1 ngày sản xuất là Qngày = 2.Q’ = 165490 (KJ/ngày). Tính chọn lò nhiệt Gọi tnóng vào = nhiệt độ nước nóng vào thiết bị trao đổi nhiệt, chọn tnóng vào = 90oC Gọi tnóng ra = nhiệt độ nước nóng ra khỏi thiết bị trao đổi nhiệt, chọn tnóng ra = 75oC Lượng nước nóng cần cung cấp cho một mẻ sản xuất là Mnước nóng =(kg nước nóng/mẻ). Như vậy, lượng nước nóng cần cung cấp cho một mẻ sản xuất không lớn ÞChọn lò nhiệt gia nhiệt bằng điện trở, có thể tích bồn là là 1,5 (m3). Tính lượng nước lạnh cần cung cấp cho thiết bị làm nguội nhanh. Nhiệt lượng cần loại đi để hạ nhiệt nhiệt độ hệ nhũ tương sau thanh trùng ở 72oC xuống 45oC: Qtỏa = Q = 31955 (KJ) Lượng nước cần cung cấp để làm nguội hệ nhũ tương là Với t1 = nhiệt độ ban đầu của nước vào làm nguội, chọn t = 25oC. t2 = nhiệt độ của nước sau khi làm nguội, chọn t = 45oC. Giả sử hiệu suất trao đổi nhiệt là 80%. Vậy lượng nước lạnh cần thực tế là M´= Thời gian làm nguội toàn bộ hệ nhũ tương là T = 10 phút. Lưu lượng nước làm lạnh là Q = » 8.10-4(m3/s) Chọn ống dẫn nước lạnh có kích thước như sau: dn = 34 (mm) d = 1,5 (mm) dn = 31 (mm) Vận tốc dòng nước lạnh là Nước lạnh sử dụng lấy từ hệ thống cấp nước của thành phố. Chọn bồn chứa nước lạnh có thể tích 1m3. Tính năng suất lạnh cho của hệ thống lạnh Nhiệt lượng cần trao đổi để hạ nhiệt độ hệ nhũ tương từ 45oC xuống 25o là: Q1 = Cnhũ tương.mnhũ tương .(tcuối – tđầu) = 2367.500.(45-25) = 23670 (KJ) Nhiệt lượng cần trao đổi để hạ nhiệt độ hệ nhũ tương từ 25oC xuống 15o là: Q2 = Cnhũ tương.mnhũ tương .(tcuối – tđầu) = 2367.500.(25-15) = 11835 (KJ) Giả sử tốc độ thu nhiệt của hệ nhũ tương từ môi trường xung quanh là 0,005oC/s. Trong 160s, nhiệt độ hệ nhũ tương tăng DC = 160.0,005 = 8oC. Nhiệt lượng cần cung cấp để giữ nhiệt độ hệ nhũ tương trong thiết bị pin-worker ổn định ở 15oC trong 160s = nhiệt lượng cần cung cấp để bù tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh Qpin = 3.2367.500.8 = 28404 (KJ). Tổng nhiệt lượng cần trao đổi của hệ thống lạnh với 1 mẻ sản phẩm là Qw = Q1 + Q2 + Qpin = 23670 + 11835 + 28404 = 63909 (KJ/ mẻ). Giả sử tốc độ thoát nhiệt tại kho bảo quản là 50C/h. Một ngày, tổn thất nhiệt là 5.24 = 120oC Nhiệt lượng cần cung cấp để ổn nhiệt sản phẩm và nguyên liệu trong kho là Qs = 2. 483.4,2.120 = 243432 ( KJ). Giả sử nhiệt lượng cần cung cấp để là lạnh kk trong phòng bảo quản =100% lượng nhiệt cung cấp cho sản phẩm và nguyên liệu Năng suất làm lạnh của hệ thống lạnh là Qo = Tính chọn hệ thống lạnh Thời gian để làm lạnh, kết tinh toàn bộ hệ nhũ tương là 86,4 phút. Đây là quá trình kéo dài thời gian nhất nên chọn thời gian này để tính toán trao đổi với hệ thống lạnh. Hình 18: Sơ đồ nguyên lý và chu trình làm việc của máy lạnh nén hơi 1 cấp Chọn các thông số của chế độ làm việc to : nhiệt độ sôi của môi chất lạnh tb : nhiệt độ cần làm lạnh tc : nhiệt độ ngưng tụ của NH3 tại TBNT tql : nhiệt độ quá lạnh của NH3 trước van tiết lưu tqn : nhiệt độ quá nhiệt của NH3 về máy nén Nhiệt độ sôi của NH3 to = -10oC Nhiệt độ quá nhiệt của NH3 tqn = to + Dth Dth : độ quá nhiệt hơi hút Chọn Dth = 4oC Þ tqn = -10 +4 = -6 ( oC) Nhiệt độ ngưng tụ của NH3 Chọn thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước. tw1 : nhiệt độ của nước vào bình ngưng tw1 = tư + 3¸5 oC Tra giản đồ I – d của không khí ẩm ở tbầu khô = 32oC và j =80 %, ta được tư = 29oC tw1 = 29 +3 = 32 oC Nhiệt độ ra của nước giải nhiệt tw2 = tw1 + (2¸6)oC Þ tw2 = 32 + 5 = 37 oC tc = tw2 + Dtc Dtc = 3¸5oC. Chọn Dtc = 5oC tc = 37 + 5 = 42 oC Nhiệt độ quá lạnh của NH3 tql = tw1 +(3¸5)oC Þ tql = 32 + 5 =37oC Baûng 27: Caùc thoâng soá taïi caùc ñieåm laøm vieäc cuûa chu trình heä thoáng laïnh Thông số Điểm nút t(oC) p(MPa) h(Kj/kg) u(m3/kg) 1’ -10 0,29 1671 1 -6 0,29 1675 0,41 2 115 1,64 1910 3’ 42 1,64 618 3 37 1,64 583 4 -10 0,29 583 0,00174 Tính chọn máy nén Năng suất lạnh riên khối lượng qo = h1’ - h4 = 1671 – 583 = 1088 (KJ/kg) Năng suất lạnh riêng khối lượng thực tế Năng suất thể tích thực qua máy nén Vtt = mtt. u1 = 0,011.0,41 = 0,005 (m3/s) Hệ số cấp của máy nén l po :áp suất ở buồng bốc = p1’ pc :áp suất ở TBNT = p3’ Lấy Dpo = Dpc = 0,01 Mpa Đối với máy nén amoniac, m = 0,95 – 1,1 Chọn m = 1 =0,73.0,83 = 0,61 Thể tích lý thuyết do pittông quét được Tra [4], trang 225, chọn máy nén nhãn hiệu FB6. Công nén riêng l = (h2 - h1) = (1910 – 1675) = 235 (Kj/kg) Công nén đoạn nhiệt Ns = mtt.l = 0,011.235 = 2,6 (KW) Hiệu suất chỉ thị Công suất chỉ thị Ni Công suất ma sát Nms = Vtt. pms Đối với nén amoniac pms = 0,049 ¸0,069 Mpa Chọn pms = 0,059 Vtt = 0,005 (m3/s) Þ Nms = 0,005.0,059.103 = 0,3 (kW) Công suất hữu ích Ne = Ni + Nms = 3,2 + 0,3 = 3,5 (kW) Công suất tiếp điện htđ : hiệu suất truyền động của khớp,đai » 0,95 hel : công suất động cơ = 0,8 ¸0,95 Þ Công suất động cơ Nđc = (1,1 ¸2,1)Nel Þ Nđc = 1,5.Nel = 1,5.4,3 = 6,5 (kW) Nhiệt thải ra ở bình ngưng tụ là Qc = Qo + Ni = 12,3 + 3,2 = 15,5 (kW) Tính thiết bị ngưng tụ. Hình 19: Cơ chế truyền nhiệt ở thiết bị ngưng tụ. Chọn ống trao đổi nhiệt cho bình ngưng như sau: dt = 20 (mm) dn = 25 (mm) d = 2,5(mm) Diện tích cho 1m chiều dài ống ft = 0,0628 (m2) fn = 0,0785 (m2) Các thông số vật lý của nước được xác định ở nhiệt độ tm = rw = 994(kg/m3) nw = 0,735.10-6 (m2/s) lw = 0,626 (W/m2.K) Prw = 4,87 Cpw = 4,18 (KJ/kg.K) Hiệu nhiệt độ trung bình logatrit Dtlog = 7,2oC Lượng nước qua bình ngưng tụ Qc = Qw = Cp.(tw2 – tw1).Gw Lượng nước làm mát trong 24h là Gnước giải nhiệt = 0,75.24.3600 = 64800 (kg/24 h) » 65 (m3/24h) Chọn sơ bộ tốc độ nước trong bình ngưng ww = 1,5(m/s) Số ống trong một lối của bình ngưng Chọn n1 = 3 (ống), khi đó tốc độ của nước sẽ là ww = 0,8 (m/s) Tính hệ số cấp nhiệt at từ vách ngoài ống đến nước Re= Nu = 0,021.Re0,8.Pr0,43 = 0,021.(21768)0,8.(4,87)0,43 = 122 (W/m2.K) Cường độ dòng nhiệt phía nước chảy trong ống qt = Chọn tổng nhiệt trở thành ống =0,00026m2.K/W Þ qt = 2394( tv – tm) = 2394 [(tc– tm)-(tc – tv)] = 2394(Dttb -Dtv) Chọn Dtv = 0,3.Dttb Þ qt = 2394.0,7. .Dttb= 2394.0,7.(42-35,5) =1089 (W/m2) Các ống được bố trí trên mặt sàng theo đỉnh của lục giác đều, chùm ống có dạng hình lục giác với số ống được đặt theo đường chéo lớn m xác định như sau: Với s : bước ống ngang, s = 1,3.dn = 1,3.0,025 = 0,0325(m) l/Dt : tỉ số giữa chiều dài ống và đường kính trong thân, lấy l/Di = 8 Chọn m = 3 (ống) Đây cũng chính là số ống theo chiều ngang nz = m = 3 Tổng số ống có trong bình ngưng tụ: n = 0,75.m2 + 0,25 = 0,75.32 + 0,25 = 7 Chọn n = 7 (ống) Kiểm tra số đường nước Z= Tổng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt cần thiết: Tổng chiều dài ống trao đổi nhiệt Tính chọn tháp giải nhiệt. Năng suất làm mát cần thiết Qc = 15,5 (kW) = 13349(kcal/h) =3,4 (tôn nhiệt) 1 tôn nhiệt =3900(kcal/h) Tra[4], tr.318, chọn tháp giải nhiệt hiệu FRK8. TÍNH CHỌN THIẾT BỊ PHỤ Tính chọn đường ống Chọn đường ống dẫn nguyên liệu từ tank chứa pha dầu và pha nước vào tank nhũ hóa Chọn vận tốc dòng pha dầu (pha nước) bơm vào tank nhũ hóa là v=0,3m/s Chọn ống dẫn nguyên liệu có kích thước như sau: dn = 60(mm) dt  = 57,6 (mm) d = 1,2 (mm) Lưu lượng dòng đi trong ống là Thời gian để vận chuyển toàn bộ pha dầu vào tank nhũ hóa là Tchuyển pha dầu = Thời gian để vận chuyển toàn bộ pha nước vào tank nhũ hóa là Tchuyển pha nước = Chọn đường ống dẫn hệ nhũ tương vào thiết bị thanh trùng Chọn vận tốc dòng nhũ tương đi vào thiết bị thanh trùng là v=0,3m/s Chọn ống dẫn nguyên liệu có kích thước như sau: dn = 60(mm) dt  = 57,6 (mm) d = 1,2 (mm) Lưu lượng dòng nhũ tương đi vào thiết bị thanh trùng Thời gian cần thiết để thanh trùng toàn bộ hệ nhũ tương là Tthanh trùng = Chọn ống dẫn hệ nhũ tương sau thanh trùng vào tank chứa trung gian có kích thước như trên. Chọn đường ống dẫn hệ nhũ tương vào thiết bị làm lạnh–kết tinh Chọn vận tốc dòng nhập liệu vào thiết bị làm lạnh là v= 0,15 m/s Chọn ống dẫn hệ nhũ tương từ tank chứa trung gian vào thiết bị làm lạnh kết tinh có có kích thước như sau: dn = 32 (mm) dt  = 29,6 (mm) d = 1,2 (mm) Lưu lượng dòng đi trong ống là Thời gian cần thiết để làm lạnh-kết tinh toàn bộ hệ nhũ tương là: Các đường ống sau đó có kích thước như trên. Tính chọn motor khuấy. Các motor lắp trên thiết bị làm lạnh-kết tinh(perfector), pin-worker không cần tính do chúng luôn đi kèm theo loại thiết bị được chọn do nhà sản xuất thiết kế. Vì vậy, chỉ cần chọn motor lắp trên các tank chứa pha dầu, pha nước, tan nhũ hóa và tank chuẩn bị. Tính chọn motor khuấy lắp trên tank chứa pha dầu Công suất khuấy : Nk = KN.rdd.n3. KN : chuẩn số công suất, rdd : khối lượng riêng của pha dầu (kg/m3), rpha dầu = 920 (kg/m3) n : số vòng quay của cánh khuấy (vòng/s), chọn n = 250 vòng/phút » 4vòng/s dk: đường kính cánh khuấy (m) Tra [7], trang 624, chọn dk = 300 (mm) = 0,3 (m) Chuẩn số Re: Tra[5], tr.144, giản đồ KN = f(Re), ta được KN = 2 Þ NK = 2.920.(4)3.(0,3)5 = 286(W) Công suất động cơ lắp vào trục khuấy: (85) Kđ : hệ số dự trữ công suất, chọn Kđ = 2 h : hiệu suất sử dụng, chọn h = 0,8 Þ Nđc = = 715(W) » 1Hp Cách tính các động cơ khuấy khác, tính tương tự như trên. Bảng 28: Bảng tính công suất motor lắp trên các tank Motor lắp trên n(vòng/s) dk(m) NK(W) Nđc(W) Nđc(Hp) Tank chứa pha dầu 4 0,3 286 715 » 1 Tank chứa pha nước 4 0,3 286 715 » 1 Tank nhũ hóa 8 0,3 2331 5829 » 8 Tank chuẩn bị 8 0,3 2331 5829 » 8 Tính chọn bơm Tính chọn bơm vận chuyển lưu chất (bơm ly tâm) Vận tốc dòng pha dầu (pha nước) bơm vào tank nhũ hóa là v=0,3m/s Hệ số ma sát: Áp dụng phương trình Bernulli cho mặt cắt 1-1 và 2-2, ta được: Chọn Dz = 2 (m) p1 = (m); p2 = 0 w1 = 0 w2 = 0,3 (m/s) Khi l =1 thì a=1,1 Tổng trở lực: Công suất bơm: Công suất an toàn : Nat = Nb = 2.0,00004 = 0,00008 (KW) b : hệ số an toàn, chọn b =2. Þ Tra [6], trang 33, bơm ly tâm có các thông số sau Hiệu bơm Q (m3/s) H (m H2O) N (v/ph) hb Động cơ điện Loại Nđ(kW) hđ X 8/18 2,4.10-3 11,3 48,3 0,4 ÀO-31-2 3 _ Chọn bơm nhập liệu vào thiết bị làm lạnh-kết tinh.(bơm định lượng) Lưu lượng dòng nhập liệu vào thiết bị làm lạnh-kết tinh là Q = 1,03.10-4 (m3/s) = 370,8 (lít/h) Cho hệ số sử dụng bơm là j = 0,85. Lưu lượng qua bơm là Tra [14], chọn bơm pittons hiệu P-3-55/80 Bảng 29 : Caùc thoâng soá cuûa bôm ñònh löôïng Plunger Pump P-3-55/80 Năng suất danh nghĩa (lít/h) ở 50Hz Gear 1 2475 Gear 2 3600 Gear 3 Gear 1(rpm) 75 Gear 2(rpm) 109 Gear 3(rpm) Năng suất lớn nhất (lít/h) ở 80Hz Gear 1 3960 Gear 2 5760 Gear 3 Công suất Motor(kW) 11-22 Áp suất lớn nhất khi làm việc 120 Áp suất thiết kế (bar) 160 Đường kính pittông (mm) 55 Valve Conical/Ball Đường kính ống hút (mm) 76,1 Đường kính ống đẩy (mm) 32/44,5 Độ ồn (dB) 76 Tần số biến áp Tự chọn Tải trọng động (kg) 1400 Nguồn: Gerstenberg Schröder A/S. Website: Chọn bể nước Lượng nước cần dùng cho 1 ngày sản xuất » 70 (m3) Chọn thể tích bể nước đủ dùng cho nửa ngày sản xuất = 35(m3) Chọn bể nước có kích thước: dài 6m, rộng 4m; cao 2m Chọn đài nước Đài nước được đặt trên cao để tạo áp lực nước trên đường ống. Chọn đài nước đủ dùng trong 1 giờ: Lượng nước dùng trong 1 giờ = 70/ 24 = 3( m3/h) Chọn đài nước có sức chứa 4m3, đặt ở độ cao 20m. Kích thước: đường kính 1200 mm, chiều cao 3600 mm Tính điện Điện dùng trong nhà máy có 2 loại: Điện động lực: điện vận hành thiết bị Điện dân dụng: điện thắp sáng và sinh hoạt Điện động lực Baûng 30: Coâng suaát ñieän cuûa caùc thieát bò chính trong nhaø maùy STT Động cơ Công suất (kW) SL Tổng công suất (kW) 1 Motor khuấy pha dầu 0,715 1 0,715 2 Motor khuấy pha nước 0,715 1 0,715 3 Motor khuấy thùng nhũ hóa 5,829 1 5,829 4 Motor khuấy thùng chuẩn bị 5,829 1 5,829 5 Motor lắp thiết bị làm lạnh 15 1 15 6 Motor thiết bị nhồi nguyễn 11 1 11 7 Bơm vận chuyển pha dầu 3 1 3 8 Bơm vận chuyển pha nước 3 1 3 9 Bơm vận chuyển hệ nhũ tương 3 1 3 10 Bơm nhập liệu 11 1 11 11 Bơm vận chuyển hồi lưu sản phẩm 3 1 3 12 Bơm vận chuyển nước làm nguội 3 1 3 13 Điện trở gia nhiệt nồi hơi 6 1 6 14 Máy nén 6,5 1 6,5 15 Thiết bị ngưng tụ 15,5 1 15,5 16 Tháp giải nhiệt 2 1 2 Tổng công suất 95 Tổng công suất điện của các thiết bị chính: 95 (kW) Công suất của hệ thống cấp nước, xử lý nước thải, hệ thống máy – thiết bị lạnh… lấy bằng 10% tổng công suất thiết bị chính Þ Công suất điện động lực của nhà máy: Pđl = 1,1 . 95 = 105 (kW) Công suất tính toán: Pttđl = k . Pđl = 63 (kW) Trong đó, k = 0,6 là hệ số sử dụng không đồng thời. Điện dân dụng Lấy bằng 10% điện động lực: Pdd = 0,1 . pđl = 6,3 (kW) Công suất tính toán: Pttdd = k . Pdd = 5 (kW) Trong đó, k = 0,8 là hệ số sử dụng không đồng thời Xác định hệ số công suất và dung lượng bù Đối với các thiết bị, thông thường cosj = 0,55 – 0,65 Chọn cosjđl = 0,63 Þ tgjđl = 1,23 Þ Qđl = Pttđl . tgjđl = 63. 1,23 = 77,49 (kVAr) Đối với hệ thống điện dân dụng, thông thường cosjdd = 0,8 ; tgjdd = 0,75 Þ Qdd = Pdd . tgjdd = 6,3 . 0,75 = 5 (kVAr) Þ Qtt =Qđl + Qdd = 77,49 + 5 = 82,49 (kVAr) Dung lượng cần bù Qbù = Pttđl(tgjđl - tgj2) + Pttdd(tgjdd - tgj2) = 63.(1,23 – 0,3287) + 6,3.(0,75 – 0,3287) = 59,4 (kVAr) Trong đó: tgj2 = 0,3287 ứng với hệ số công suất cần bù cosj = 0,95 Chọn 7 tụ bù DLE – 3H75K6T của hãng DAEYEONG Dung lượng bù Qb = 75 (kVAr) Điện dung C = 1377,7 (µF) Iđm = 114 A, Uđm = 380 (V) Tính lại hệ số công suất: Ptt = Pttđl + Pttdd = 63 + 6,3 = 69,3 (kW) cosj = Ptt / (Ptt2 + (Qtt - Qbù)2)1/2 = 69,3 / [69,32 + (82,49 – 75)2]1/2 = 0,99 Chọn máy biến áp Công suất định mức của máy biến áp Sdm ³ Stt / 0,81 Công suất thực tế của máy biến áp: Stt = Ptt / cosj = 69,3 / 0,99 = 70 (kVA) Þ Sđm ³ 86 (kVA) Chọn máy biến áp TM – 100 của Nga Công suất định mức: 100 (kVA) Điện áp vào: 22 (kV) Điện áp ra: 400 (V) hoặc 220 (V) Tính lượng điện tiêu thụ hàng năm Điện động lực Ađl = Pttđl . T = 63.1152 = 72576 (kWh) Trong đó: Pttđl = 63 (kW) T = T1 . T2 .T3 = 1152 (h) T1 = 8 giờ làm việc trong ngày T2 = 12 : số ngày làm việc trong tháng T3 = 12: số tháng làm việc trong năm Điện dân dụng Add = Pttdd .T = 7200 (kWh) Trong đó: Pttdd = 5 (kW) T = T1 . T2 .T3 = 1440 (h) T1 = 10: số giờ thắp sáng trong ngày T2 = 12: số ngày làm việc trong tháng T3 = 12: số tháng làm việc trong năm Tổng lượng điện tiêu thụ của nhà máy trong 1 năm A = 1,05.(Ađl + Add ) = 236174 (kWh) Trong đó 1,05 là hệ số tổn thất điện trên mạng hạ áp. Phần V: BỐ TRÍ MẶT BẰNG SẢN XUẤT 1. Phân xưởng sản xuất yêu cầu phải bao gồm các khu vực sau: Khu vực sản xuất chính: nơi bố trí các thiết bị trực tiếp sản xuất. Một phòng đóng gói sản phẩm để sản phẩm luôn giữ ở nhiệt độ không quá 10oC. Một kho bảo quản sản phẩm có thể tích chứa cho cả một tuần sản xuất sản phẩm Một kho chứa bao bì: bao bì bao gói trực tiếp và các bao bì vận chuyển. Một khu vực bố trí hệ thống lanh. Hệ thống lạnh này có nhiệm vụ cung cấp lanh chotất cả các thiết bị và kho cần giữ lạnh. Một kho chứa nguyên liệu. Kho này cũng bảo quản nguyên liệu ở nhiệt độ ổn định, không quá 28oC để nguyên liệu dầu mỡ tránh bị ôi hóa. Một khu vực đặt lò nhiệt. Lò nhiệt này phải đặt bên ngoài phân xưởng sản xuất chính Tháp giải nhiệt cũng bố trí bên ngoài phân xưởng sản xuất chính. 2. Bố trí khoảng cách giữa các thiết bị Baûng 31: Baûng kích thöôùc caùc thieát bò Thiết bị Kích thước (Dài x Rộng x cao) (mm) Số lượng Diện tích (m2) Tank chứa pha dầu f 650 x 1560 1 0,4 Tank chứa pha nước f 650 x 1560 1 0,4 Tank nhũ hóa f 650 x 1940 1 0,4 Tank chuẩn bị f 650 x 1940 1 0,4 Thiết bị thanh trùng 269 x 200 x 529 1 0,06 Thiết bị làm nguội 269 x 200 x 529 1 0,06 Thiết bị làm lạnh-kết tinh 3140 x 1500 x 2010 1 4,7 Thiết bị nhồi nhuyễn 3560 x 512 x 1120 1 1,78 Thiết bị đóng gói 3000 x 1000 x 1500 1 3 Thiết bị làm chảy margarine 890 x 521 x 1120 1 0,5 Tổng diện tích các thiết bị trong phân xưởng sản xuất 12 Khoảng không gian giữa các thiết bị như sau Các thiết bị cách tường 1,5 (m) Khoảng cách giữa hai thiết bị là 1,5 (m) theo chiều dài phân xưởng và 0,5(m) theo chiều ngang phân xưởng. Các thiết bị sản xuất đặt cách cửa chính 3 m Lối đi dành cho xe nâng, xe cẩu (khi vận chuyển nguyên liệu, sản phẩm, lắp đặt và sửa chữa thiết bị) rộng 3 (m) 3. Tính diện tích các kho. 3.1. Kho đóng gói Thiết bị đóng gói đặt trong kho đóng gói có kích thước: Dài x Rộng = 3 x1 (m) Kho có lối đi dành cho xe nâng rộng 2 (m) Lối đi dành cho công nhân rộng 1,5 (m) Kho có khả năng chứa sản phẩm cho một ngày sản xuất. Kích thước mỗi khối sản phẩm như sau: Dài x Rộng x Cao = 100 x 50 x 50(mm) Mỗi mẻ sản xuất có 2060 đơn vị sản phẩm. Các đơn vị sản phẩm này được chứa trong các đơn vị gửi đi là thùng carton. Mỗi thùng chứa 32 đơn vị sản phẩm: gồm 4 lớp. Trong mỗi lớp có 8 sản phẩm, xếp thành 2 dãy, mỗi dãy có 4 sản phẩm Kích thướt 4 lớp sản phẩm là 200 x 200 x 200 (mm) Kích thước của 1 thùng carton là 205 x 205 x 205 (mm) Số đơn vị gửi đi là (thùng). Các đơn vị sản phẩm sau khi đóng vào các thùng carton sẽ được đặt trên pallet. Kích thước của một pallet là 1100 x 1100 x 150 (mm) Như vậy, mỗi pallet có thể có 25 thùng gồm 5 lớp, mỗi lớp có kích thướt 1025 x1025 (mm). Số pallet cần dùng là . Kích thướt của kho đóng gói Dài = 1 + 3 + 1,5 + 2,5 = 8(m) Rộng = 1,5 + 3 + 2 + 1,5 = 8 (m). 3.2. Kho chứa bao bì Trong kho chứa thùng carton, bao bì sản phẩm(giấy nhôm,giấy nhựa…) Kho có khả năng chứa bao bì cho 4 tuần sản xuất. Chọn kho chứa bao bì có kích thướt Dài x Rộng = 4x4 (m) 3.3. Tính kích thước kho bảo quản sản phẩm Kho có khả năng chứa sản phẩm cho 1 tuần sản xuất. Một ngày có 2.2060 = 4012 (đơn vị sản phẩm) Số pallet chứa sản phẩm trong một tuần ở kho là 3.2.3 = 12 (pallet). Trong kho, pallet được đặt thành ba tầng, mỗi tầng 4 pallet. Các pallet trên mỗi tầng cách nhau 0,2(m). Chiều dài kho= 1,1.4 + 0,2.5 = 5,5 (m) Chiều rộng kho= 3 + 1,1 = 4,1(m), chọn chiều rộng kho = 4(m). 3.4. Tính kho chứa nguyên liệu. Trong kho, chứa các nguyên liệu cần thiết cho quá trình sản xuất margarine. Các nguyên liệu chính như dầu, sữa gầy phải có thể đáp ứng cho 1 tuần sản xuất. Các nguyên liệu phụ khác cùng phụ gia có thể đáp ứng cho 1 tháng sản xuất. Lượng dầu cần một ngày sản xuất margarine là 470.2 = 940 (kg). Lượng dầu cần thiết cho 1 tuần sản xuất là 940.3 = 2820 (kg). Dầu sử dụng là loại dầu đã hydro hóa một phần hoặc toàn bộ. Dầu lỏng được chứa trong các thùng 50(lit) Dầu rắn (SMP = 35oC) thì được bảo quản trong các thùng nhựa bằng PE. Mỗi thùng nhựa chứa khoảng 25(kg) dầu rắn. Vậy cần (thùng) Các thùng nảy được đặt trực tiếp trên sàng. Mỗi thùng có đường kính khoảng 250 (mm). các thùng này được chất chồng lên nhau thành 2 lớp. Diện tích nền cần thiết cho thùng dầu là (0,05.112)/2= 2,8 (m2). Sữa gầy chứa trong các bao tải bằng PP. Mỗi bao 20 kg. Một ngày cần 2 bao chứa sữa gầy. Một tháng cần 24 (bao sữa gầy) Các bao này được đặt trên các pallet, cần 1 pallet. Các nguyên liệu khác chứa trong các thùng, theo kích thước của nhà sản xuất. Trong kho, bố trí lối đi rộng 2 (m). Diện tích kho do đó, không vượt quá 10(m2). Hệ thống lạnh, nồi hơi không bố trí trong phân xưởng mà bố trí ở một khu vực khác. Khu vực này phải cách xa khu vực sản xuất để đảm bảo các vấn đề về an toàn cho công nhân. Mặt khác, đây là các thiết bị dùng chung cho cả nhà máy. Các thiết bị này cũng dùng trong các phân xưởng khác như phân xưởng shortening, dầu tinh luyện…. Từ việc tính kích thước các thiết bị, kho chứa, khoảng không gian trống như trên, ta chọn kích thước phân xưởng như sau: Chiều dài phân xưởng = 24(m) Chiều rộng phân xưởng = 18 (m) Bước cột 6(m) 3.5. Xác định số công nhân làm việc trong phân xưởng sản xuất Bảng 32: Bảng phân phối công nhân sản xuất. Công đoạn Số lượng công nhân (người) Chuẩn bị pha dầu 2 Chuẩn bị pha nước 2 Nhũ hóa 1 Thanh trùng 1 Làm lạnh 1 Nhồi nhuyễn 1 Đóng gói 5 Vận chuyển sản phẩm 2 Bảo trì hệ thống lạnh 1 Bảo trì nồi nhiệt 1 Tổng cộng 17 4. Cách bố trí thiết bị (xem bản vẽ). TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Phạm Văn Bôn,”Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm,Quá trình và thiết bị truyền nhiệt, Tập 5”,Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh. [2]. Phạm Văn Bôn,”Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm,Bài tập truyền nhiệt”,Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh. [3]. Phạm Văn Bôn(Sưu tầm và biên tập),”Sổ tay-Dẫn nhiệt khộng ổn định(Phỏng theo A.V.Luikov)-Thông số nhiệt lý của thực phẩm và nguyên liệu(Phỏng theoA.S.Ginzbourg”, Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh. [4]. Nguyễn Đức Lợi,”Hướng dẫn và thiết kế hệ thống lạnh”,Nhà xuất bản Khoa học Kĩ thuật. [5]. Nguyễn Văn Lụa,”Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm,Tập 1-Các quá trình cơ học,Quyển 1- Khuấy, lắng,lọc”, Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh. [6]. Nguyễn Văn Lục-Hoàng Minh Nam,“Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm- Bài tập: Các quá trình cơ học”, Nhà Xuất bản Đại học Quốc gia Tp.HCM, 2004 [7]. Các tác giả,”Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất –Tập 2”, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật. [8]. V.P. Kitrigin, người dịch Lê Văn Thạch, Nguyễn Văn Vinh, Lê Trọng Hoàng, Phạm Sương Thu,”Chế biến hạt dầu”, Nhà xuất bản nông nghiệp,1977 [9]. Bharat B. Gupta; Brian L. Platt,” Low Fat Spread”, [10]. “Codex Standard For Margarine”, [11]. Charles A. Schwartz; Kenyon L. Cornwell,”Method of processing margarine or butter for squeeze packet containers”, [12]. Firouz Jahaniaval,”Process for preparing high liquid oil, no trans, very low saturates, regular margarine with phospholipid”, [13]. Gerstenberg Schröder A/S, “Margarine production-Technology and Process”, [14]. Gerstenberg Schröder A/S,”Thermal Processes; Emulsifying Processes; Crystallation Processes…”; [15]. Hendrik J. Duin; Antonius F.van Dam; Johannes H.M.Rek,”Margarine”, [16]. Jan A. Larsson,” Method for producing margarine having an extra low fat content”, [17]. Josef Tennikat,” Two phase margarine “, [18]. Kenjiro Yasufuku; Hiroshi okafuji; Mineo Hasegawa; Noriyuki Haga,” Margarine containing fish oil”, [19]. Kurt Wallgren; Tage Nilsson, "Method of manufacture of low calorie margarine having a protein concentrate from skimmed milk”, [20]. Larsson; Johansson, ”Margarine, spreadable at refrigeration temperature, and having a very low fat content and method of the manufacturing same”, [21]. Liefkens; Theodorus Johannes; Van der Schee; Gerrit Leendert ,” Baking margarine and laminated dough comprising the baking margarine “ , [22]. Mat Sahri Miskandar,Yaakob Che Man, Mohd Suria Affandi Yusoff, Russly Abdul Rahman, “Quality of margarine: fats selection and processing parameters”, [23]. Mat Sahri Miskandar, Yaakob Che Man, Mohd Suria Affandi Yusoff, Russly Abdul Rahman, “Quality of margarine: fats selection and processing parameters”, [24]. Mat Sahri Miskandar, Yaakob Che Man, Mohd Suria Affandi Yusoff, Russly Abdul Rahman, “Effect of emulsion temperature on physical properties of palm oil-based margarine” [25]. Mat Sahri Miskandar, Yaakob Che Man, Mohd Suria Affandi Yusoff, Russly Abdul Rahman, “Effect of scraped-surface tube cooler temperatures on the physical properties of palm oil margarine” [26]. Sahasranamam Ramasubramaniam Ullanoormadam,” Trans free hard structural fat for margarine blend and spreads”, [27]. Stephen A. McCoy,” Margarine product and process”, [28]. Sasaki; Saotome; Sano, Marusugi; Hoshino; Minowa; Moriguchi,” Method for producing sugar-added margarine “, [29]. Robert Schift, Augaust M. Trommelen; Gabriel J. T. Lansbergen,” Margarine fat blend, and a process for producing said fat blend”, [30]. Richard B. Lomneth; Daniel R. Blair; Gary L. Parnell; Bernard Y. Tao,” Margarine and method making same”, [31] Richard D. O’Brien, “Fats and oils : formulating and processing for applications”, 2nd ed., CRC Press LLC, 2000 N.W. Corporate Blvd., Boca Raton, Florida 33431,2004. [32].Yukio Kakuda, Abraham Brampton, Firouz Jahan-Aval, “ Prosess for preparing high liquid oil margarine “, [33].Waukesha Cherry-Burrell, “Continuous Production of Margarine”, [34].Waukesha Cherry-Burrell, “Mouries Continuous Production of Margarine”, [35].Waukesha Cherry-Burrell, “Scraped Surface Heat Exchangers Brochure”, [36]. [37]. [38].